KR101457243B1 - Passivation layer for a circuit device and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시물은 일반적으로 회로 디바이스, 회로 기판에 관한 것으로서, 특히, 회로 디바이스 및/또는 회로 기판의 패시베이션 시스템 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present disclosure relates generally to circuit devices and circuit boards, and more particularly to passivation systems of circuit devices and / or circuit boards and methods of making same.
기판 상에 집적되어 형성되는 전자 컴포넌트들을 갖는 회로 디바이스들은 그들이 제공할 수 있는 광범위한 사용으로 인하여 넓은 허용성을 향유하여 왔다. 이러한 회로 디바이스들의 사용은 보호 환경에서의 동작이 용이하지 않으며, 비용이 높거나, 및/또는 시스템 성능을 제한하는 응용예들을 포함할 수 있다. 이러한 응용예들에 있어서, 컴포넌트들의 전기적 성능이 개선되고, 회로 디바이스의 컴포넌트들이 나트륨 또는 염소에 기반한 기체, 요소, 또는 화합물로부터 생성되는 것과 같은 수분, 습기, 미립자, 또는 이온성 불순물 등의 유해 오염물질로부터 보호될 수 있도록 패시베이션(passivation) 기법이 채용될 수 있다. 이러한 기법들은 고비용의 밀폐 인클로져(enclosure) 또는 패키지를 없앨 수 있도록 하며, 회로 기능들이 더 조밀하게 패키징될 수 있도록 하여, 더 높은 패키징 밀도, 더 낮은 무게, 및 더 높은 주파수 성능을 가능하게 한다.Circuit devices having electronic components that are integrated and formed on a substrate have enjoyed wide acceptance due to the extensive use they can provide. The use of such circuit devices may include applications that are not easy to operate in a protected environment, are costly, and / or limit system performance. In these applications, the electrical performance of the components is improved, and the components of the circuit device are exposed to noxious contaminants such as moisture, moisture, particulates, or ionic impurities, such as those generated from gases or elements based on sodium or chlorine A passivation technique may be employed to protect it from the material. These techniques enable the elimination of costly enclosure enclosures or packages, allowing circuit functions to be packed more densely, enabling higher packaging density, lower weight, and higher frequency performance.
본 개시물의 일 실시예에 따르면, 회로 디바이스를 패시베이션하는 방법은 일반적으로 기판 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계, 기판 표면 상에 전기 컴포넌트를 형성하는 단계, 및 기판 표면과 전기 컴포넌트를 제1 보호 유전체층으로 코팅하는 단계를 포함한다. 제1 보호 유전체층은 0.01 g/m2/day보다 작은 수분 침투성, 0.04%보다 작은 수분 흡수성, 10보다 작은 유전 상수, 0.005보다 작은 유전 손실, 8,000,000 V/cm보다 큰 항복 전압 강도, 및 1015 Ω㎝보다 큰 시트 저항을 갖는 전반적으로 수분 불용성 물질로 이루어진다.According to one embodiment of the present disclosure, a method of passivating a circuit device generally includes providing a substrate having a substrate surface, forming an electrical component on the substrate surface, and electrically connecting the substrate surface and the electrical component to the first protective dielectric layer. . ≪ / RTI > A first protective dielectric layer is 0.01 g / m 2 / day small moisture permeability than, less water absorbency than 0.04%, a dielectric constant, a large breakdown voltage strength of a smaller dielectric loss, 8,000,000 V / cm than 0.005 than 10, and 10 15 Ω Lt; RTI ID = 0.0 > cm < / RTI >
본 개시물의 또 다른 실시예에 따르면, 회로 디바이스는 일반적으로 기판과 제1 보호 유전체층을 포함한다. 기판은 적어도 하나의 전기 회로 컴포넌트가 형성되는 기판 표면을 갖는다. 제1 보호 유전체층은 0.01 g/m2/day보다 작은 수분 침투성, 0.04%보다 작은 수분 흡수성, 10보다 작은 유전 상수, 0.005보다 작은 유전 손실, 8,000,000 V/cm보다 큰 항복 전압 강도, 및 1015 Ω㎝보다 큰 시트 저항을 갖는 전반적으로 수분 불용성 물질로 이루어진다.According to another embodiment of the disclosure, a circuit device generally comprises a substrate and a first protective dielectric layer. The substrate has a substrate surface on which at least one electrical circuit component is formed. A first protective dielectric layer is 0.01 g / m 2 / day small moisture permeability than, less water absorbency than 0.04%, a dielectric constant, a large breakdown voltage strength of a smaller dielectric loss, 8,000,000 V / cm than 0.005 than 10, and 10 15 Ω Lt; RTI ID = 0.0 > cm < / RTI >
본 개시물의 실시예들은 다수의 기술적 장점을 제공할 수 있다. 일부 또는 전부의 실시예들은 이하에서 설명하는 장점들로 이득을 얻을 수 있거나, 어느 실시예도 이득을 얻지 않을 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상이한 처리 단계들 중에 기판 상에 형성되는 전기 컴포넌트들 또는 기타의 부가 컴포넌트들을 갖는 회로 디바이스의 패시베이션을 위하여 시스템 및 방법이 제공된다. 유전체 도포를 위해 제안된 기법은, 일부 실시예에 있어서, 3차원적 구조물(features)에 대한 우수한 z컨포멀리티(conformality)뿐만 아니라 기판 또는 웨이퍼에 걸친 두께 균일성 및 절대 두께의 비교적 정확한 제어를 가져온다. 두께의 정확한 제어는 우수한 전기적 성능과 우수한 수분 및 오염물질 보호성 양측 모두를 가져온다. 제안된 기법을 사용함으로써, 종래의 밀폐 패키징(hermetic packaging) 기법들과 인클로져들을 위한 필요성을 제거하며, 또한 밀폐 및 비-밀폐 응용 양측 모두에 대하여 성능과 신뢰성을 향상시킨다.Embodiments of the present disclosure may provide a number of technical advantages. Some or all of the embodiments may benefit from the advantages described below, or none of the embodiments may benefit. According to one embodiment, systems and methods are provided for passivation of circuit devices having electrical components or other additional components formed on a substrate during different processing steps. The proposed technique for dielectric coating, in some embodiments, provides relatively accurate control of thickness uniformity and absolute thickness across the substrate or wafer, as well as good z conformality to three-dimensional features Bring it. Accurate control of thickness results in both excellent electrical performance and excellent moisture and contaminant protection. The use of the proposed technique eliminates the need for conventional hermetic packaging techniques and enclosures and also improves performance and reliability for both sealed and non-sealed applications.
기타의 기술적 장점들은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.Other technical advantages will be apparent to those of ordinary skill in the art.
이하의 첨부 도면들과 연계하여 이루어지는 상세한 설명으로부터 본 개시물의 실시예들의 더 완전한 이해가 더 명확해질 것이다.A more complete understanding of the embodiments of the disclosure will become more apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.
도 1은 본 개시물의 교시에 따른 패시베이션 시스템을 포함하는 집적 회로 디바이스의 일 실시예의 측면 입면도이다.1 is a side elevational view of one embodiment of an integrated circuit device including a passivation system in accordance with the teachings of the present disclosure;
도 2는 도 1의 실시예를 제조하기 위하여 수행될 수 있는 수개의 조치들을 나타낸 흐름도이다.Figure 2 is a flow diagram illustrating several measures that may be performed to produce the embodiment of Figure 1;
도 3은 본 개시물의 다양한 웨이퍼 레벨의 실시예들의 도해적 요약을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a schematic summary of various wafer level embodiments of the present disclosure.
도 4A 내지 도 4D는 본 개시물의 교시에 따라서 제조될 수 있는 도 1의 회로 디바이스의 다양한 제조 단계 중에 도시된 측면 입면도이다.Figures 4A-4D are side elevation views shown during various stages of fabrication of the circuit device of Figure 1, which may be manufactured according to the teachings of the present disclosure.
도 5A 및 도 5B는 본 개시물의 회로 어셈블리의 패시베이션층 시스템의 일 실시예의 사시 단면도이다.5A and 5B are perspective sectional views of one embodiment of a passivation layer system of a circuit assembly of the present disclosure.
도 6은 도 5A 및 도 5B의 실시예를 제조하기 위하여 수행될 수 있는 수 개의 조치들을 나타낸 흐름도이다.Figure 6 is a flow diagram illustrating several measures that may be performed to produce the embodiment of Figures 5A and 5B.
도 7은 본 개시물의 특정한 어셈블리 레벨의 실시예들의 도해적 요약을 나타낸 도면이다.Figure 7 is a diagrammatic representation of a specific assembly level embodiment of the disclosure.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패시베이션 시스템을 갖는 트랜지스터의 부분 확대도이다.8 is a partial enlarged view of a transistor having a passivation system according to another embodiment of the present invention.
도면들을 참조하면, 도 1은 본 개시물의 교시에 따라서 구성되는 회로 디바이스(10)의 일 실시예를 나타낸다. 회로 디바이스(10)는 일반적으로 수개의 전기 컴포넌트들(16)이 집적되어 형성되는 기판 표면(14)을 갖는 기판(12)을 포함한다. 도 1의 기판(12)은 회로 디바이스(10)의 제조에 적합한 임의의 반도체 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, Si(silicon), GaAs(gallium-arsenide), GaN(gallium-nitride), Ge(germanium), SiC(silicon-carbide), 또는 InP(indium-phosphide)일 수 있다. 이러한 종류의 재료들 각각은 전기 컴포넌트들(16)이 형성될 수 있는 대략 평면형의 표면(14)에 제공될 수 있다.Referring to the drawings, FIG. 1 illustrates one embodiment of a
전기 컴포넌트들(16)은, 예를 들어, 트랜지스터, 커패시터, 저항, 인덕터, 등 일 수 있는 기판 표면(14) 상에 형성될 수 있는 임의의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 전기 컴포넌트들(16)은 수개의 트랜지스 터(16a), 커패시터(16b), 및 저항(16c)일 수 있으나, 회로 디바이스(10)는 본 개시물의 교시를 일탈하지 않고서 다른 종류의 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 트랜지스터(16a)는 각각 소오스 영역(S), 게이트 영역(G), 및 드레인 영역(D)을 갖는 pHEMT(pseudomorphic High Electron Mobility Transistor) 디바이스일 수 있다. 각각의 트랜지스터(16a)의 소오스 영역(S)을 연결하는 에어 브릿지(air bridge)(18a)가 도시되어 있다. 커패시터(16b)의 전기적 연결을 위하여 다른 에어 브릿지(18b)가 제공된다. 본 명세서에서 에어 브릿지(18a 및 18b)를 부가 컴포넌트(18)라 할 수도 있다. 부가 컴포넌트(18)는, 이에 한정하지 않지만, 컴포넌트들(16)의 전기적 연결, 열전도, 및/또는 구조적 강화 등의 다양한 목적을 위해 컴포넌트들(16) 상에 놓이는 임의의 적합한 컴포넌트를 지칭할 수 있다.The electrical components 16 may include any component that may be formed on the
기판 표면(14)과 전기 컴포넌트들(16) 상에는 제1 보호 유전체층(22), 제2 보호 유전체층(24), 및 제3 유전체층(26)이 놓인다. 이하에서 상세하게 후술하는 바와 같이, 제1 보호 유전체층(22), 제2 보호 유전체층(24), 및 제3 유전체층(26)은 수분, 습기, 미립자, 부식성 물질, 및 나트륨, 칼륨, 또는 염소 등의 이온성 불순물과 같은 각종 유해 전하 트랩(trap) 및 오염물질로부터 기판(12)과 컴포넌트들(16 및 18)을 패시베이션하도록 동작가능하다.A first protective
공지의 회로 디바이스의 구현예에서는 전기 컴포넌트들과 기판 표면 상에 직접 배치되는 유전체층을 이용하여 유해 오염물질로부터 전기 컴포넌트들의 패시베이션을 제공하였다. 이러한 유전체층은 Si3N4(silicon-nitride) 또는 SiO2(silicon-dioxide)와 같은 절연 물질로 형성되었을 수도 있다. 그러나, 이러한 공지의 유전체 물질은 습기 열화를 방지하는 능력이 일반적으로 요구되는 것보다 못하다는 문제점이 있다. 그러므로, 질화규소(silicon-nitride) 물질을 사용하는 것은 환경적으로 보호되지 않거나 비-밀폐 환경에서 회로 디바이스에 적절한 보호를 제공하기 위해 비교적 두꺼운 층의 도포를 필요로 한다. 이러한 접근법의 문제점은 재료의 비교적 큰 두께에도 불구하고 회로 어셈블리의 패시베이션이 보통 정도로만 성취된다는 점이다. 또한, 비교적 큰 두께는 트랜지스터의 소오스(S), 게이트(G), 및 드레인(D) 영역들과 같은 디바이스의 능동 영역들 사이의 노드간 커패시턴스의 증가로 인하여 회로 디바이스의 성능에 악영향을 미칠 수도 있다. 또한, 질화규소 또는 기타 종래의 유전체의 비교적 두꺼운 층으로 인하여, 디바이스 또는 유전체 균열, 박리, 및/또는 디바이스 성능을 열화시키는 압전 효과를 일으킬 수 있는 높은 응력을 가져온다.Implementations of known circuit devices have provided passivation of electrical components from hazardous contaminants using electrical components and a dielectric layer disposed directly on the substrate surface. Such a dielectric layer may be formed of an insulating material such as Si 3 N 4 (silicon-nitride) or SiO 2 (silicon-dioxide). However, such known dielectric materials have the problem that their ability to prevent moisture degradation is generally less than required. Therefore, the use of silicon-nitride materials is not environmentally protected or requires application of a relatively thick layer to provide adequate protection to circuit devices in a non-sealed environment. The problem with this approach is that despite the relatively large thickness of the material, passivation of the circuit assembly is only usually achieved. Also, a relatively large thickness may adversely affect the performance of the circuit device due to the increased inter-node capacitance between the active regions of the device, such as the source (S), gate (G), and drain have. Also, due to the relatively thick layers of silicon nitride or other conventional dielectrics, high stresses can result in device or dielectric cracking, delamination, and / or piezoelectric effects that degrade device performance.
수분 보호를 위한 두꺼운 질화규소에 대한 대안으로서, 탄화규소의 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 또는 산화알루미늄(aluminum-oxide)의 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)과 같은, 물질의 제2 또는 제3의 패시베이션층에 이어서 이산화규소의 층을 활용하는 접근법이 구현되었다. 질화규소의 제1층의 상부에 추가의 탄화규소 또는 ALD 보호층을 사용하면, 아래의 질화규소에 관한 것 이상으로 노드간 커패시턴스를 더욱 증가시키므로, 디바이스 성능을 열화시킨다. 또한, 질화규소 및/또는 탄화규소는 높은 수분 취약성(moisture susceptibility)으로 인하여 시간이 갈수록 더 공격받을 수 있다.As an alternative to thick silicon nitride for moisture protection, a second layer of material, such as Chemical Vapor Deposition (CVD) of silicon carbide or atomic layer deposition (ALD) of aluminum oxide, Or a third passivation layer followed by a layer of silicon dioxide has been implemented. The use of additional silicon carbide or ALD protective layers on top of the first layer of silicon nitride further increases the inter-node capacitance beyond that of silicon nitride below, thereby degrading device performance. In addition, silicon nitride and / or silicon carbide can be attacked more and more over time due to high moisture susceptibility.
또한, 제1 보호 유전체층(22)은 후속 처리 단계들에서 발생가능한 전하 트랩 및 오염으로부터 게이트 영역을 보호할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러므로, 제1 보호 유전체층(22)은 게이트 제조 직전 및/또는 직후에 도포된다. 결과적으로, 에어 브릿지(18)와 RF 및 DC 도전체 또는 상호연결구(interconnection)들의 형성 등의 후속 제조 단계들에 있어서, 미립자, 전기화학적 또는 갈바닉(galvanic) 부식으로 인한 단락에 취약할 수 있는 노출된 금속 라인들을 남길 수 있다. 이러한 노출된 금속 라인들의 잠재적 부식을 해결하기 위하여 제안된 접근법에서는 질화규소 또는 탄화규소의 화학기상증착을 포함하였다. 종래의 화학기상증착 공정에 관련된 하나의 문제점은, 유전성 범위(dielectric coverage)에 대한 직사형(line-of-sight) 퇴적일 수 있다. 그러므로, 에어 브릿지 바로 아래의 영역들은 코팅이 잘 되지 않을 수 있고, 따라서, 수분이 있다면 부식 공격 또는 누설 전류의 생성에 대하여 취약할 수 있다. 또한, 질화규소 및/또는 탄화규소의 제2 보호 유전체층은 수분 열화에 대하여 취약할 수 있다. 질화규소층 위에 원자층 퇴적 코팅을 사용하는 것은 3차원 표면 형상(feature)에 대한 컨포멀리티(conformality)를 제공하지만, 전술한 바와 같이, 노드간 커패시턴스 또한 증가시켜, 디바이스 성능을 열화시키게 된다. 고성능 마이크로파 및 밀리미터파 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)와 같은 특정 실시예들은 RF(radio frequency) 성능의 큰 손실을 허용하지 않을 수도 있다.It is also known that the first protective
본 개시물의 일 실시예에 있어서, 공지의 유전체 물질의 수분 보호 특성보다 우수한 수분 불침투성 물질을 구현하는 유전체층(22 및 24)이 제공될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 공지의 유전체 물질의 우수한 전압 항복 특성을 갖는 수분 불침투성 물질을 구현하는 보호 유전체층(22 및 24)이 제공될 수 있다. 즉, 비교적 높은 전압 항복 특성을 갖는 물질의 사용은 유사한 전압 항복 성능을 성취하기 위하여 종래에 사용되는 것보다 얇은 보호 유전체층(22 및 24)의 형성을 가능하게 할 수 있다. 이러한 특성에 있어서, 수분 및 기타 오염물질로부터의 패시베이션을 제공하기 위하여 공지의 패시베이션 시스템보다 훨씬 얇은 유전체 물질의 층이 전기 컴포넌트(16), 부가 컴포넌트(18) 및 기판 표면(14) 상에 퇴적될 수 있다.In one embodiment of the disclosure,
일 실시예에 있어서, 제1 보호 유전체층은 일반적으로 0.01 g/m2/day보다 작은 수분 침투성, 0.04%보다 작은 수분 흡수성, 10보다 작은 유전 상수, 0.005보다 작은 유전 손실, 8,000,000 V/cm보다 큰 항복 전압 강도, 및 1015 Ω㎝보다 큰 시트 저항을 갖는 습기 불용성의 물질로 이루어진다. 특정 실시예에 있어서, 제1 보호 유전체층(22)은 알루미나(Al2O3)로 형성될 수 있다. 알루미나는 비교적 얇은 층에 지속적인 방식으로 퇴적될 수 있다. 알루미나는 또한 비교적 높은 전압 항복 특성을 갖는다. 또 다른 실시예에 있어서, 제1 보호 유전체층(22)은 고밀도의 질화규소, 산화탄탈룸, 산화베릴륨, 및 산화하프늄 등의 다른 재료로 형성될 수도 있다.In one embodiment, the first protective dielectric layer generally has a water permeability of less than 0.01 g / m 2 / day, a water absorbency of less than 0.04%, a dielectric constant of less than 10, a dielectric loss of less than 0.005, a dielectric loss of greater than 8,000,000 V / cm A breakdown voltage strength, and a sheet resistance greater than 10 < 15 > OMEGA cm. In certain embodiments, the first protective
특정 실시예에 있어서, 제1 보호 유전체층(22)은 알루미나로 형성되고, 50 내지 2000 Å의 범위의 두께를 갖는다. 이러한 두께 범위에서, 제1 보호 유전체층(22)은 전기 컴포넌트들(16)의 외견상의 커패시턴스(apparent capacitance)에 대 한 부적당한 영향 없이 습기로부터 회로 디바이스(10)를 적절하게 보호할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이 층의 두께는 각종 실시예들에 따라서 구성될 수 있는 많은 회로 디바이스들(10)의 반복가능한(repeatable) 성능을 유지하도록 정밀하게 제어될 수 있다.In certain embodiments, the first
제2 보호 유전체층(24)은 추가 컴포넌트들(18)을 패시베이션하도록 동작할 수 있다. 제2 보호 유전체층(24)의 도포는 제1 보호 유전체층(22)에 의해 패시베이션되지 않은 부가 컴포넌트들(18)의 패시베이션을 제공한다. 부가 컴포넌트(18)가 에어 브릿지인 특정 실시예에 있어서, 에어 브릿지를 형성하기 전에 제1 보호 유전체층(22)을 도포하는 것은, 에어 브릿지의 형성에 이어서 에어 캐비티(air cavity)(20)에 한정될 수 있는 제1 보호 유전체층(22)의 두께에 대한 비교적 간결한 제어를 제공한다. 또한, 제2 보호 유전체층(24)은, 예를 들어, 소잉(sawing), 윤곽의 형성(scribing moats), 또는 다른 디바이스들에 대한 상호연결구들을 제공하는 등의 추가의 처리 단계들에 의해 부적절하게 손상될 수 있는 제1 보호 유전체층(22)의 부분들에 대하여 패시베이션을 제공할 수 있다.The second
제2 보호 유전체층(24)은 동일한 유전체 물질로 이루어질 수 있으나, 일부 실시예에서는 제1 보호 유전체층(22)에 대하여 전술한 유전체 물질로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제2 보호 유전체층(24)은 제3 유전체층(26)에 대하여 후술하는 임의의 물질로 이루어질 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 보호 유전체층(24)은 50 내지 2000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 다른 특정 실시예에 대하여는 도 3과 관련하여 이하에서 상세하게 설명한다.The second
알루미나는 수분 불침투성일 수 있지만, 그 표면은 긴 기간 동안 낮은 습도, 높은 습도, 및/또는 응축된 수분(condensed moisture)의 존재하에서 화학적 공격을 시현할 수도 있다. 따라서, 제3 유전체층(26)이 제공될 수 있다. 제3 유전체층(26)은 높은 습도, 연장된 습도(extended humidity), 및/또는 수분 응축 및 증기 침투의 존재하에서 화학적으로 안정한 임의의 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제3 유전체층(26)은 이산화규소(SiO2)로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 제3 유전체층(26)은 파릴렌(parylene)으로 형성될 수 있다. 파릴렌 C, 파릴렌 F(poly-tetrafluoro-p-xylylene), 방향족 플루오르화물(aromatic-fluorinatetd) VT-4, 파릴렌 HT® (특수 코팅 시스템의 상표), 또는 기타의 플루오르화 파릴렌계(parylene-like) 막이, 수분이 제1 보호 유전체층(22) 및/또는 제2 보호 유전체층(24)에 도달하지 않도록 지연시킬 수 있으며, 층(26)을 위해 사용될 수 있다. 이러한 물질은 우수한 수분 지연 특성을 나타내며, 다른 종류의 파릴렌보다 더 넓은 온도 범위에 걸쳐 기능적으로 안정하게 유지될 수 있다. 이러한 물질은 높은 온도 노출로 인한 높은 막 응력을 발현시킬 수 없다. 이러한 물질은 또한 이산화규소보다 더 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제3 유전체층(26)은 약 100 내지 1000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 이러한 파릴렌 물질들 이외에, 도 5와 관련하여 층(156 또는 158)에 대하여 후술하는 특성을 나타내는 임의의 물질이 제3 유전체층(26)을 위해 사용될 수도 있다.Alumina may be water impermeable, but its surface may exhibit chemical attack in the presence of low humidity, high humidity, and / or condensed moisture for long periods of time. Thus, a
따라서, 제1 보호 유전체층(22), 제2 보호 유전체층(24), 및 옵션으로서의 제3 유전체층(26)에 의해 회로 디바이스(10)의 패시베이션이 제공될 수도 있다. 이들 층(22, 24, 및 26) 각각은 수분을 포함하는 기체, 액체, 및 고체 오염물질들로부터의 적절한 보호를 제공하면서도 회로 디바이스(10)의 성능 특성에 악영향을 주지 않도록 충분히 얇을 수 있다.Thus, the passivation of the
도 2는 본 개시물에 따른 회로 디바이스(10)의 일 실시예를 제조하기 위하여 수행될 수 있는 일련의 동작들을 나타낸다. 동작 100에서, 전기적 및 환경적 보호 코팅 시스템을 제공하는 방법이 개시된다. 동작 102에서, 공지의 집적 회로 제조 기법을 이용하여 기판 표면(14) 상에 하나 이상의 전기 컴포넌트들(16)이 형성될 수 있다. 동작 104에서, 기판 표면(14) 및 전기 컴포넌트(16) 상에 제1 보호 유전체층(22)이 퇴적될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 보호 유전체층(22)의 두께는 50 내지 2000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 제1 보호 유전체층(22)은 전술한 바와 같은 특정 물질을 포함할 수 있다.Figure 2 illustrates a series of operations that may be performed to fabricate an embodiment of
동작 106 내지 110에서는 회로 디바이스(10) 상에 하나 이상의 부가 컴포넌트(18)를 형성하기 위한 하나의 접근법을 제공할 수 있다. 부가 컴포넌트(18)의의 부착을 위한 접촉 표면을 제공하기 위하여, 동작 106에서 회로 디바이스(10)로부터 제1 보호 유전체층(22)의 선택된 부분들이 에칭될 수 있다. 다음으로, 동작 108에서, 이 접촉 표면들 상에 하나 이상의 부가 컴포넌트(18)가 형성된다. 그 후, 동작 110에서 회로 디바이스(10) 상에 형성된 제1 보호 유전체층(22) 및 임의의 부가 컴포넌트(18) 위에 제2 보호 유전체층(24)이 퇴적될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 보호 유전체층(24)은 50 내지 2000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 따라 서, 제1 보호 유전체층(22) 및 제2 보호 유전체층(24)의 누적 두께는 100 내지 4000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다.In operations 106-110, one approach may be provided for forming one or more additional components 18 on the
일 실시예에 있어서, 동작 112에서 제2 보호 유전체층(24)에 대한 제3 유전체층(26)의 접착력을 향상시키기 위하여 제2 보호 유전체층(24) 위에 접착 촉진제(adhesion promoter)가 도포될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 접착 촉진제는 독립적으로 또는 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane)과 연계하여 사용되는 이산화규소의 층일 수 있다; 그러나, 기타의 접착 촉진제가 사용될 수도 있다. 그 후, 동작 114에서 제2 보호 유전체층(24)에 대하여 제3 유전체층(26)이 도포될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제3 유전체층(26)의 두께는 100 내지 1000 Å 범위에 있을 수 있다.In one embodiment, an adhesion promoter may be applied over the second
동작 116에서, 패시베이션층의 도포 방법이 완료되었으며, 회로 디바이스(10)가 그 후 사용될 수 있다. 동작 100 내지 116에서는 보호 유전체층(22 및 24)이 다수의 처리 단계들에서 도포되는 회로 디바이스(10)의 제조 방법의 일 실시예를 설명한다. 이 접근법을 사용하여, 에어 캐비티(20) 내의 전자 컴포넌트들(16)에 인접한 제1 보호 유전체층(22)의 두께가 쉽게 제어될 수 있다. 에어 브릿지 등의 부가 컴포넌트(18)의 형성 전에 제1 보호 유전체층(22)을 도포함으로써 전자 컴포넌트(16)에 근접한 제1 보호 유전체층(22)의 두께가 업계에 공지된 다양한 퇴적 기법들을 사용하여 쉽게 제어될 수 있다.At
도 3은 공지의 패시베이션 시스템보다 향상된 전기 성능과 향상된 환경적 보호를 제공할 수 있는 본 개시물의 다양한 실시예 1 내지 5를 요약한 표이다. 실시 예 1 내지 5 각각은 제1 유전체층(22), 제2 유전체층(24), 및/또는 제3 유전체층(26)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 물질(예컨대, 알루미나, 실리카, 및/또는 파릴렌 F, 방향족 플루오르화 VT-4, 파릴렌 HT®, 또는 기타의 플루오르화된 파릴렌계 막)의 다양한 조합을 나타낸다.3 is a table summarizing various embodiments 1-5 of the disclosure that can provide improved electrical performance and improved environmental protection over known passivation systems. Each of Embodiments 1 to 5 may include a material that can be used to form the
도 1에 대하여 전술한 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 제1 보호 유전체층(22)은 0.01 gram/meter2/day보다 작은 수분 침투성, 0.04%보다 작은 수분 흡수성, 10보다 작은 유전 상수, 0.005보다 작은 유전 손실, 8,000,000 volts/centimeter보다 큰 항복 전압 강도, 및 1015 ohm-centimeter보다 큰 시트 저항을 갖는 전반적으로 수분 불용성 물질로 이루어질 수 있다. 일 특정 실시예에 있어서, 제1 보호 유전체층(22)은 표준 질화규소 또는 이산화규소 등의 다른 공지의 물질보다 비교적 낮은 수분 침투성, 비교적 낮은 이온 이동성, 및 비교적 높은 전압 항복 강도 특성을 갖는 알루미나로 형성될 수 있다. 제1 보호 유전체층(22)은 물리기상증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition), 및 원자층 증착 등의 많은 퇴적 기법에 의해 퇴적될 수 있다. 비교적 정확한 두께 제어, 기판 표면(14)과 컴포넌트(16 및 18) 상의 우수한 컨포멀리티(conformality), 및 유전체 퇴적 중 물리적이거나 방사로 인해 생기는 손상의 제거를 제공할 수 있으므로, 원자 레벨 퇴적(atomic level deposition)이 사용될 수 있다.1, the first
도 1에 대하여 전술한 바와 같이, 특정 디바이스 및/또는 어셈블리 패키징 방법에 따라서 추가의 유전체 보호층들이 추가될 수 있다. 유전체층(22, 24, 및 26)의 두께는 디바이스 설계, 동작 주파수, 및 성능 요구사항의 함수일 수 있다. 도 3에 도시된 실시예 1 내지 5는 pHEMT(pseudomorphic high electron mobility transistor) 디바이스를 포함하는 FET(field effect transistor) 및 HBT(heterojunction bipolar transistor) 등의 바이폴라 트랜지스터와 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있는 RF 집적 회로에 대하여 특정적으로 맞춤화될 수 있다. 일반적으로, 비교적 낮은 유전체 두께는 노드간 커패시턴스 등의 유전체 부하 효과와 관련된 디바이스 성능을 향상시키고, 집적된 커패시터의 단위 면적당 커패시턴스를 증가시켜, 커패시터 크기를 감소시킨다. 비교적 높은 유전체 두께는 수분 침투성을 감소시키고, 고체, 액체, 또는 기체의 형태를 막론하고 미립자, 물리적으로 발생되는 손상, 이온성 불순물, 및 부식성 오염물질에 대한 보호를 향상시킨다. 도 3에 도시된 유전체층(22, 24, 및 26)의 두께는 노드간 커패시턴스의 제어 및 유전체 부하 효과의 제어가 회로 성능에 중요한 RF 집적 회로에 대하여 맞춤화될 수 있다. 기타의 물질 및 두께의 조합이 본 개시물의 교시에 따라서 선택될 수 있다.Additional dielectric protection layers may be added according to specific device and / or assembly packaging methods, as described above with respect to FIG. The thickness of the
도 3의 실시예 1에서는 알루미나로 이루어진 제1 보호 유전체층(22)만을 활용한다. 실시예 1에서는 도 1의 트랜지스터(16a)의 소오스 영역(S), 게이트 영역(G), 및 드레인 영역(D)의 전기적, 물리적, 및 환경적 보호를 제공하면서도 단일 유전체층의 최소의 노드간 커패시턴스로 인하여 향상된 전기적 성능을 제공할 수 있다. 실시예 1은 또한 밀폐(hermetic) 환경 및 비밀폐(non-hermetic) 환경 양측 모두에서 질화규소 또는 이산화규소 등의 공지의 물질에 비하여 향상된 전기적 성능을 제공할 수 있다. 종래의 질화규소 또는 이산화규소보다 더 얇은 유전체가 활 용될 수 있기 때문에 향상된 성능이 제공될 수 있다. 실시예 1은 또한 긴 기간 동안 능동 회로 상의 수분 응축을 최소화 또는 제거하거나, 및/또는 능동 회로의 높은 온도 및 습도 노출을 최소화 또는 제거하는 조건이 제공되도록 시스템 레벨에서 온도 및/또는 습도의 부분적 제어가 제공되는 환경에서 바람직할 수 있다. 이러한 보호는 제습기 또는 건조제를 통한 가습도(humidification) 제어에 의해 시스템 레벨에서 성취될 수 있다.In the first embodiment of FIG. 3, only the first
실시예 2는 알루미나로 형성되는 제1 보호 유전체층(22) 및 제2 보호 유전체층(24)을 제공한다. 제2 보호 유전체층(24)은 에어 브릿지 및 두꺼운 금속 라인과 같은 보호되지 않는 추가의 컴포넌트들(18)을 커버하며, 제1 보호 유전체층(22)이 도포된 후에 형성될 수 있다. 제2 실시예는 또한 도전성 또는 부식성의 고체, 액체, 또는 기체 물질에 대한 보호가 존재할 수 있는 밀폐형의 또는 덜 심한 습도 환경에서 바람직할 수 있다.Example 2 provides a first
제3 실시예 및 제4 실시예에서는 전술한 바와 같이 실리카, 파릴렌 F, 파릴렌 HT®, 또는 기타의 플루오르화 파릴렌계 막으로 형성될 수 있는 제3 유전체층(26)을 제공한다. 실리카 또는 파릴렌 F, 파릴렌 HT®, 또는 기타의 플루오르화 파릴렌계 막으로 형성되는 제3 유전체층(26)은, 제1 보호 유전체층(22) 및/또는 제2 보호 유전체층(24)을 항복시키고 하부의 컴포넌트들(16 및 18)을 노출킬 수 있는 높은 습도, 연장된 습도, 및/또는 응축된 수분으로부터 제1 보호 유전체층(22) 및/또는 제2 보호 유전체층(24)을 보호한다. 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®은 실리카보다 더 낮은 유전 상수를 가질 수 있으며, 따라서, 전기 성능에 대하여 더 적은 영 향을 미칠 수 있다. ALD 퇴적된 실리카 등의 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®은 기상 퇴적될 수 있으며, 가장 작은 리세스(recess) 내로 침투하기에 매우 컨포멀(highly conformal)하며, 에어 브릿지 및 높은 애스펙트비(aspect ratio)의 리세스를 갖는 다른 부가 컴포넌트들(18) 아래에 비교적 균일한 두께로 도포될 수 있다. 알루미나로 이루어진 제1 보호 유전체층(22) 및/또는 제2 보호 유전체층(24)은 또한 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®이 접착 촉진제로도 많은 표면들에 잘 접착하지 않을 수 있기 때문에 접착 촉진제로서 기능할 수 있다. 전술한 바와 같이, 접착 촉진제는 제3 유전체층(26)의 퇴적 전에 제2 보호 유전체층(24)에 도포될 수 있다. 접착 촉진제는 제3 유전체층(26)의 접착을 향상시키는 임의의 적합한 물질일 수 있으며, 일 특정 실시예에 있어서, 독립적으로 또는 감마-메타클릴옥시프로필트리메톡시실란(gamma-methacryloxypropyltrimethoxysilane)과 연계하여 사용되는 이산화규소층이다. 이산화규소는 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 접착 촉진제에 대한 결합을 위한 이상적인 표면을 제공하며, 알루미나 및 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®에 잘 결합한다.The third and fourth embodiments provide a
실시예 5에서는 도 1의 제2 보호 유전체층(24)으로서 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®를 활용한다. 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®는 제1 보호 유전체층(22) 이후에 형성될 수 있는 에어 브릿지 및 두꺼운 금속 라인 등의 보호되지 않은 부가 구조물(feature)들을 커버한다. 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®은 또한 하부의 제1 보호 유전체층(22)이 수분 응축에 의해 용해되거나 공격받지 않도록 보호한다. 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®는 실리카 또는 기타의 무기 물질들에 비하여 더 낮고, 대부분 의 유기 물질보다 낮은 유전 상수를 갖는 장점이 있다.In Example 5, parylene F or parylene < RTI ID = 0.0 > HT < / RTI > is utilized as the second
도 4A 내지 도 4D는 본 개시물의 교시에 따른 회로 디바이스(40)의 다양한 제조 단계들 중에 나타나는 단면도들이다. 회로 디바이스(40)는 일반적으로 도 1의 회로 디바이스(10)와 유사하다. 도 4A에 있어서, 복수의 트랜지스터 핑거(finger)(46a)에 대하여 도포되는 게이트 리세스와 게이트 메탈, 커패시터(46b)에 대하여 도포되는 캡 바닥(cap bottom), 및 저항(46c)과 함께 기판 표면(44)을 갖는 기판(42)이 도시되어 있다. 트랜지스터(46a) 및 저항(46c)에 대하여 격리된 능동 채널 영역(48)을 형성하기 위하여 격리 임플란트(isolation implant)가 이전에 수행되었다. 도 1과 연계하여 전술한 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 트랜지스터(46a)는 pHEMT일 수 있다. 도 4A의 전기 컴포넌트(46) 및 관련 기판(42)은 도 2의 동작 100에 따라서 제조될 수 있다.4A-4D are cross-sectional views that appear during various manufacturing steps of
도 4B는 동작 102에 따라서 제1 보호 유전체층(50)이 도포된 도 4A의 회로 디바이스(40)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 각각의 전기 컴포넌트(46)가 대략 직사형(line-of-sight) 퇴적에 노출되어, 제1 보호 유전체층(50)의 균일한 두께 퇴적을 가능하게 할 수 있다. 즉, 전기 컴포넌트의 구조물들에 대한 액세스는 일반적으로 에어 브릿지(54)와 같은 부가 디바이스들에 의해 방해받지 않는다.4B shows the
도 4C는 동작 104 내지 108이 도 3B의 회로 디바이스(40)에 대해 수행된 회로 디바이스(40)의 결과를 나타낸다. 에어 브릿지와 같은 부가 컴포넌트들(54)의 부착을 위해 제1 보호 유전체층(50)의 일부를 에칭함으로써 접촉 표면(52)이 생성되었다. 에어 브릿지는 소오스 트랜지스터 핑거(46a)에 대하여 평행 연결을 이루 어 출력 전력을 증가시키고 커패시터(46b)의 상판에 연결하기 위하여 사용될 수 있다.FIG. 4C shows the results of
도 4D는 동작 110 내지 114에 따라서 기판 표면(44), 전기 컴포넌트(46), 및 부가 컴포넌트(54)를 패시베이션하기 위하여 제2 보호 유전체층(56) 및 제3 유전체층(58)이 도포된 도 4C의 회로 디바이스(40)를 나타낸다. 따라서, 부가 컴포넌트들(54)을 갖는 회로 디바이스(40)가 회로 디바이스(40)의 성능을 희생하지 않으면서도 유해한 오염물질로부터 효과적으로 밀봉될 수 있는 시스템 및 방법이 제공된다.4D shows a second
도 5A 및 도 5B는 본 개시물의 교시의 또 다른 실시예에 따라서 패시베이션될 수 있는 회로 보드 어셈블리(160)의 일 실시예를 나타낸다. 회로 보드 어셈블리(160)는 일반적으로 회로 디바이스(140) 및 회로 보드(161)에 부착되는 수개의 개별(discrete) 전기 컴포넌트들(164 및 170)을 포함한다. 회로 보드 어셈블리(160)는 회로 디바이스(140)와 전기 컴포넌트들(164 및 170) 간의 전기적 상호연결을 제공하는 보드 트레이스(board trace)(162) 및 와이어 상호연결구(166)를 포함하는 수개의 어셈블리 레벨 구조물들을 가질 수도 있다. 회로 보드 어셈블리(160)의 위에는 유전체층(156) 및 제2 보호 유전체층(158)이 있다. 회로 디바이스(140)는 회로 보드 상에서의 어셈블리 전에 디바이스 제조 중에 도포되었던 유전체층(150)을 갖는다. 이하 후술하는 바와 같이, 제조의 어셈블리 레벨 단계 중에 제2 보호 유전체층(156) 및/또는 제3 유전체층(158)을 도포함으로써 회로 보드 어셈블리(160)의 회로 디바이스(140) 및 회로 컴포넌트들(164 및 170)의 보호를 위해 제조의 어셈블리 레벨에서 패시베이션이 제공될 수 있다.5A and 5B illustrate an embodiment of a
회로 보드(161)는 복수의 개별 전기 컴포넌트들(164 및 170)이 구성될 수 있는 임의의 적합한 디바이스일 수 있다. 일반적으로, 회로 보드(161)는 서로에 대하여 고정된 물리적 관계로 개별 전기 컴포넌트들(164 및 170)을 고정하기 위한 구조에서 강체(rigid) 기판 또는 플렉시블(flexible) 기판일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 회로 보드(161)는 개별 전기 컴포넌트들(164 및 170) 및 회로 디바이스(140)가 등방성 도전형의 접착제 등의 접착제(172)를 사용하여 또는 납땜으로 부착될 수 있는 대략 평면 형태의 외부 표면(168)을 갖는다. 회로 보드(161)는 또한 특정 개별 전기 컴포넌트들(164 및 170)을 서로 및/또는 회로 디바이스(140)에 대하여 상호연결하기 위하여 도전성 물질로 형성되는 보드 트레이스(162)를 가질 수도 있다. 회로 디바이스(140)는 도 1 및 도 4A 내지 도 4D 각각의 회로 디바이스(10 및 40)와 유사할 수 있다.
개별 전기 컴포넌트(164 및 170)란 서로 독립적으로 제조되는 전기 컴포넌트를 지칭한다. 즉, 각각의 개별 전기 컴포넌트(164 또는 170)는 회로 보드 어셈블리(160) 상에 구성되는 다른 개별 전기 컴포넌트들과는 상이할 수 있는 특정한 공정에 따라서 기판 상에 제조될 수 있다. 개별 전기 컴포넌트들의 예로서는, 이에 한하지는 않지만, 저항, 커패시터, 인덕터, 다이오드, 트랜지스터, 등을 포함한다.Individual
회로 디바이스(140) 및 개별 전기 컴포넌트들(164 및 170)은 임의의 소망하는 효과를 생성하기 위하여 보드 트레이스(162) 및/또는 상호연결구(166)를 이용하여 회로 보드(161) 상에 함께 전기적으로 결합될 수 있다. 회로 디바이스(140) 및 개별 전기 컴포넌트들(164 및 170)은 제조의 어셈블리 레벨 단계 동안에 회로 보드(161) 상에 구성될 수 있다. 회로 디바이스(140)는 도 1의 제1 보호 유전체층(22) 및/또는 제2 보호 유전체층(24)에 대하여 전술한 바와 같이 제1 보호 유전체층(150) 및/또는 제2 보호 유전체층(156)으로 코팅될 수 있다.
많은 경우에 있어서, 회로 디바이스(140)의 추가 처리 기법들이 웨이퍼 레벨에서의 제조에 이어서 바람직할 수 있다. 예를 들어, 회로 디바이스(140)는 외곽(scribe moats)이 생성될 수 있는 톱 또는 기타의 절삭 공구를 이용하여 웨이퍼로부터 절단될 수 있다. 회로 디바이스(140)로부터 컴포넌트(164)까지의 상호연결구들(166)은 전술한 바와 같은 유해 오염물질에 대하여 취약할 수 있는 어셈블리 레벨에서 형성될 수 있다. 따라서, 외곽, 디바이스 에지, 및 상호연결구(166)에서의 유전체 보호가 부족하다면 회로 디바이스(140)가 수분 공격, 미립자, 또는 기타의 오염물질에 취약하게 될 수 있다.In many cases, additional processing techniques of the
회로 보드(161)는 또한 비밀폐성 인클로져의 경우 및/또는 물리적 미립자들이 적절하게 제어될 수 없는 경우에 신뢰성 있게 수행하도록 환경적 보호를 필요로 할 수도 있다. 공지의 패시베이션 시스템은, 예를 들어, 10 마이크로미터(100,000 Å) 이상의 두께를 가질 수 있는 파릴렌 C, D, 또는 N의 비교적 두꺼운 층을 사용한다. 이러한 비교적 두꺼운 파릴렌 층은 유전체 부하가 회로 성능을 변경 및/또는 저하시킬 수 있는 마이크로파 및 밀리미터파 회로에 대해서는 불만족스러울 수 있다. 파릴렌 C, D, 또는 N은 고온을 잘 견뎌낼 수 없다. 고전력 디바이스에서 발생할 수 있는 고온에의 노출은 파릴렌 C, D, 또는 N의 결정도(crystallinity)를 증가시킬 수 있다. 결정도의 증가는 파릴렌 막에서 및 회로 보드 어셈블리(160)에 대한 파릴렌 계면에서의 응력을 증가시킨다. 이러한 응력의 증가는 파릴렌 물질의 박리(de-lamination)를 일으켜, 성능의 저하 또는 고장을 가져올 수 있다.The
본 개시물의 일 실시예에서는, 생산 단계의 웨이퍼 레벨과 대조적으로 어셈블리 레벨에서 제2 보호 유전체층(156) 및/또는 제3 유전체층(158)의 도포를 제공한다. 웨이퍼 레벨 코팅을 어셈블리 레벨 코팅과 조합함으로써, 개별 전기 컴포넌트(164 및 170), 회로 디바이스(140), 보드 트레이스(162), 금속 상호연결구(166), 외곽(scribe moats), 다이 에지(die edge), 및 와이어 또는 리본 접착부와 같은 회로 보드 어셈블리(160)에 대한 외부 상호연결구, 등의 어셈블리 레벨 구조물과 기타의 조립된 컴포넌트들이 모두 동시에 코팅될 수 있다. 또한, 본 개시물의 특정 실시예를 사용한 필요한 유전체 두께는 많은 경우에 있어서 파릴렌, 실리콘, 또는 우레탄 코팅을 이용하는 공지의 패시베이션 시스템들보다 2 차수 이하의 크기일 수 있다. 그러므로, 이렇게 감소된 두께는 특정 실시예에 있어서 회로 성능의 열화를 최소화할 수 있다.In one embodiment of the disclosure, the application of the second
일 실시예에 따르면, 3.5 GPa보다 작은 탄성 계수, 3.0보다 작은 유전 상수, 0.008보다 작은 유전 손실, 2 MV/cm (million volts/centimeter)를 초과하는 항복 전압 강도, 300℃까지의 온도 안정성, 50 Å보다 큰 막의 핀홀 자유도(pinhole free), 45도보다 큰 젖음각(wetting angle)을 갖는 소수성(hydrophobic)을 가지며, 30% 이하의 두께 균일성을 갖는 3D 구조 상하에서 컨포멀하게 퇴적될 수 있는 유전체 물질로 제2 보호 유전체층(156) 및/또는 제3 보호 유전체층(158)이 코팅될 수 있다. 이러한 유전체 물질은 회로 보드(161), 보드 트레이스(162), 회로 디바이스(140), 개별 전기 컴포넌트(164 및 170), 및 어셈블리 레벨 구조물을 환경으로부터 패시베이션하기 위하여 어셈블리 레벨의 생산 단계 중에 도포될 수 있다. 이러한 유전체 물질은 제2 보호 유전체층(156) 또는 제3 유전체층(158)으로서 도포될 수 있다. 유전체 물질은 일반적으로 증기 또는 액체의 물에 대하여 화학적으로 안정하므로, 제1 보호 유전체층(150) 및/또는 제2 보호 유전체층(156)을 보호한다. 유전체 물질은 우수한 수분 지연 특성을 가지며, 전술한 다른 공지의 패시베이션 물질들보다 더 넓은 온도 범위에 걸쳐서 기능적으로 안정하다. 유전체 물질은 또한 다른 공지의 패시베이션 물질보다 더 낮은 고유 유전 상수를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 제3 유전체층(26)은 약 100 내지 1000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유전체 물질은 파릴렌 F, 방향족 플루오르화된 VT-4, 파릴렌 HT®, 또는 기타의 플루오르화된 파릴렌계 막이다.A dielectric constant of less than 3.0, a dielectric loss of less than 0.008, a breakdown voltage strength in excess of 2 MV / cm (million volts / centimeter), a temperature stability of up to 300 DEG C, A pinhole free of a film greater than Å, hydrophobic with a wetting angle greater than 45 degrees, conformally deposited above and below a 3D structure with thickness uniformity of less than 30% The second
본 실시예의 코팅 물질은 파릴렌 C, D, 또는 N을 이용하는 공지의 패시베이션 시스템보다 더 높은 온도를 견딜 수 있으므로, 온도 극한 상태에 노출되어도 빠르게 열화되지 않을 수 있다. 부가 어셈블리 레벨 유전체층(들) 또한 능동 디바이스 영역에 대하여 또 다른 보호를 추가할 수 있다. 제2 보호 유전체층(156)과 연계한 제조의 웨이퍼 레벨에서 도포되는 제1 보호 유전체층(150) 두께의 적절한 선택 및/또는 제조의 어셈블리 레벨에서 도포되는 제3 유전체층(158)의 적절한 선택에 의해, 회로 보드 어셈블리(160)의 패시베이션이 많은 종류의 응용예에 맞도록 맞춤화될 수 있다.The coating material of this embodiment can withstand higher temperatures than known passivation systems using parylene C, D, or N, so that even when exposed to the extreme temperature conditions, the coating material may not rapidly deteriorate. Additional assembly level dielectric layer (s) may also add additional protection for the active device area. By proper selection of the thickness of the first
또한, 알루미나, 산화 탄탈, 산화 베릴륨, 산화 하프늄, 또는 고밀도 질화 실리콘, 및 이산화규소와 이 물질들의 나노라미네이트(nanolaminate)로 형성되는 제1 보호 유전체층(150)은, 본 개시물의 교시에 따라서 나노라미네이트층 또는 기타의 적합한 물질의 두께를 제어함으로써 유전 상수가 조절되며, 저연 납땜제제(low-lead solder formulation)의 사용과 관련되는 내재적 문제점인 주석 위스커(tin whisker)의 성장을 지연시킬 수 있다. 주석 위스커 성장은 수분에 의해 악화될 수 있는 수분 및 응력 조건의 존재와 관련되었다.Also, a first
도 6은 도 5A 및 도 5B에 대하여 도시 및 전술한 회로 디바이스(160)의 일 실시예를 제조하기 위하여 수행될 수 있는 일련의 동작들을 나타낸다. 동작 200에서, 전기적 환경적 보호 코팅 시스템을 제공하는 방법이 개시된다. 동작 202에서, 공지의 집적 회로 제조 기법들을 이용하여 하나 이상의 전기 컴포넌트들(146)이 기판(142) 상에 형성될 수 있다. 동작 204에서, 제1 보호 유전체층(150) 및/또는 제2 보호 유전체층(156)이 기판(142) 및 전기 컴포넌트(146) 상에 퇴적될 수 있다. 동작 202 및 204는 웨이퍼 레벨의 제조 단계 중에 수행될 수 있는 조치들을 기술한다.6 shows a series of operations that may be performed to fabricate one embodiment of
동작 206 내지 214에서는 어셈블리 레벨의 제조 단계 중에 수행될 수 있는 조치들을 기술한다. 동작 206에서, 회로 디바이스(142)가 회로 보드(161)에 부착될 수 있다. 동작 208에서, 하나 이상의 개별 전기 컴포넌트(164 및/또는 170), 및/또는 상호연결구(166)와 같은 하나 이상의 어셈블리 레벨 구조물이 회로 보드(161) 상에 형성될 수 있다. 또한, 외곽 또는 다이 에지와 같은 기타의 회로 구 조물이 회로 디바이스(140) 상에 형성될 수 있다.
다음으로, 동작 210에서, 제1 보호 유전체층(150) 및/또는 제2 보호 유전체층(156) 위에 각각, 또한 회로 보드 어셈블리(160) 상에 형성되었던 임의의 개별 전기 컴포넌트들 또는 어셈블리 레벨 구조물들 위에, 제2 보호 유전체층(156) 및/또는 제3 유전체층(158)이 퇴적될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 보호 유전체층(150) 또는 제3 유전체층(158)은 유전체 물질로 이루어질 수 있으며, 특정 실시예에 있어서, 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®일 수 있다. 제2 보호 유전체층(156) 및/또는 제3 유전체층(158)이 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®으로 이루어져 있고 알루미나로 이루어진 하부층(underlying layer)에 인접하는 하나의 특정 실시예에 있어서, 제2 보호 유전체층(156)과 제3 유전체층(158)과의 사이에 접착 촉진제가 도포될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 접착 촉진제는 독립적으로 또는 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란과 연계하여 사용되는 이산화규소의 층일 수 있다.Next, at
동작 212에서, 패시베이션 층의 도포 방법이 완료된 후, 회로 보드 어셈블리(160)가 사용될 수 있다.At
도 7은 웨이퍼 레벨 및 어셈블리 레벨 생산 단계에서 제1 보호 유전체층(150), 제2 보호 유전체층(156), 및 제3 유전체층(158)의 다양한 조합이 도포될 수 있는 복수의 실시예 1a 내지 2c를 나타낸다. 실시예 1a 내지 2c에서는 웨이퍼 레벨 생산 단계 중에 형성되는 제1 보호 유전체층(150)을 활용한다. 도 3에 대하여 전술한 바와 같이, 제1 보호 유전체층(150)의 도포 물질 및 방법은 도 3의 실시예 1 내지 5와 유사하다.7 illustrates a plurality of embodiments 1a to 2c in which various combinations of the first
도 7의 실시예 1a, 1b, 1c, 1d, 및 1e는 어셈블리 레벨에서 퇴적되는 제2 보호 유전체층(156)을 가지므로, 제2 보호 유전체층(156)은 어셈블리 레벨의 생산 중에 추가 또는 개조되는 어셈블리 레벨 구조물에 대한 보호를 제공할 수 있다. 어셈블리 레벨에서 추가 또는 개조될 수 있는 어셈블리 레벨 구조물의 예로서는 기판(142)의 처리, 회로 보드 컴포넌트(164 및 170)의 추가, 및 상호연결구(166)의 형성을 포함한다.Since the embodiments 1a, 1b, 1c, 1d, and 1e of FIG. 7 have a second
실시예 1a는 알루미나로 이루어지는 제2 보호 유전체층(156)을 나타낸다. 어셈블리 레벨에서의 제2 보호 유전체층(156)의 도포는 공지의 유기 유전체와 비교하여 향상된 환경 보호를 제공할 수 있으므로, 어셈블리 레벨에서 추가되는 컴포넌트들에 대하여 유전체 부하 효과(dielectric loading effect)를 최소화할 수 있다. 이러한 효과는 마이크로파 및 밀리미터파 주파수에까지 동작 주파수가 증가함에 따라서 점점 중요하게 된다.Example 1a shows a second
실시예 1b는 제3 유전체층(158)이 없이 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®로 이루어지는 제2 보호 유전체층(156)을 활용한다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 제2 보호 유전체층(156)의 도포 전에 접착 촉진제가 도포될 수 있다. 실시예 1b는 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®의 낮은 유전 상수로 인하여 회로 보드 어셈블리(160)의 동작에 비교적 작은 전기적 영향을 제공할 수 있다. 실시예 1c는 제3 유전체층(158)이 없이 실리카로 이루어지는 제2 보호 유전체층(156)을 활용한다.Example 1b utilizes a second
실시예 1d는 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®으로 이루어진 제3 유전체층을 갖는 알루미나로 된 제2 보호 유전체층(156)을 활용한다. 전술한 바와 같이, 알루미나 층은 독립적으로 또는 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란과 연계하여 사용되는 이산화규소의 층과 같은 접착 촉진제와 연계하여 사용되는 경우에 특히 회로 어셈블리(160) 및 파릴렌 F 또는 파릴렌 HT®에 대하여 비교적 양호한 접착력을 제공한다.Example Id utilizes a second
실시예 2a, 2b, 및 2c는 생산의 웨이퍼 레벨에서 도포되는 제1 보호 유전체층(150)과 제2 보호 유전체층(156) 및 어셈블리 레벨에서 도포되는 제3 유전체층(158)을 갖는다. 이러한 공정을 이용한 특정 실시예에서는 디바이스들이 웨이퍼 레벨에서 전기적으로 측정될 수 있으며, 어셈블리 레벨에 대하여 오직 공지의 좋은 다이가 제공된다는 장점을 제공할 수 있다.Examples 2a, 2b, and 2c have a first
본 개시물의 또 다른 실시예는 종래의 CVD(Chemical Vapor Deposition), ECR PECVD(Electron Cyclotron Resonanace Plasma Enhanced CVD), ICPECVD(Inductively Coupled Plasma Enhanced CVD), HDICPCVD(High Density Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition), 반응성 마그네트론 스퍼터링, 수소가 없는 전구체 가스(hydrogen free precursor gases)를 이용한 핫 와이어(hot wire) CVD 또는 PECVD에 의한 퇴적을 포함하는 고밀도 플라즈마 강화 CVD 기법을 포함하는 당업계에 공지된 기법들에 의해 퇴적된 (2.5 gm/cm3보다 큰) 고밀도 및/또는 (15 원자%보다 작은) 저 수소 함유량의 질화규소 또는 이산화규소 막을 갖는 비교적 얇은 초기층을 포함한다. 고밀도 및/또는 저수소 함유량의 질화규소는 본질적으로 더 높은 항복 전압과 수분 침투 저항성을 가질 수 있다. 종래의 CVD 또는 고밀도 플라즈마 CVD 기법들 중의 선택은 회로 보드 어셈블리의 디바이스 구조에 기초할 수 있 다. 질화규소 또는 이산화규소로 이루어진 이러한 초기층은 전하 트랩 및 기타의 표면 계면 결함들을 감소시키도록 업계에서 잘 개발되어 특성화되어 왔다. 초기 질화규소 또는 이산화규소 층 위에 퇴적된 제1 보호 유전체층이 더 두꺼울수록 전술한 향상된 성능과 보호 효과를 제공하게 된다. 이러한 실시예의 예가 도 8에 도시되어 있다.Still another embodiment of the disclosure is a method of manufacturing a semiconductor device, such as a conventional CVD (Chemical Vapor Deposition), ECR PECVD (Electron Cyclotron Resonance Plasma Enhanced CVD), ICPECVD (Inductively Coupled Plasma Enhanced CVD), HDICPCVD (High Density Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition) Deposited by techniques known in the art including magnetron sputtering, high density plasma enhanced CVD techniques including hot wire CVD using hydrogen free precursor gases or deposition by PECVD And a relatively thin initial layer having a high density (greater than 2.5 gm / cm3) and / or a low hydrogen content silicon nitride or silicon dioxide film (less than 15 atomic%). High density and / or low hydrogen content silicon nitride may have inherently higher breakdown voltage and moisture penetration resistance. The selection of conventional CVD or high density plasma CVD techniques may be based on the device structure of the circuit board assembly. This initial layer of silicon nitride or silicon dioxide has been well developed and characterized in the industry to reduce charge trap and other surface interface defects. The thicker the first protective dielectric layer deposited on the initial silicon nitride or silicon dioxide layer, the better the performance and protection described above. An example of such an embodiment is shown in Fig.
도 8은 컴포넌트(216)를 나타낸 확대도로서, 본 특정 경우에 있어서 컴포넌트(216)는 FET(Field Effect Transistor)이다. 컴포넌트(216)는 에어 갭(217)에 의해 서로 분리된 소오스(216s), 게이트(216g), 및 드레인(216d)을 갖는다. 우수한 성능을 성취하기 위하여, 에어 갭(217)은 보호 유전체층(222) 및 질화규소의 얇은 초기층(221)과 함께 게이트 리세스 및 게이트 지오메트리(gate geometry)의 설계에 의해 유지된다. 도시된 바와 같이, 제1 보호 유전체층(222)과 얇은 초기층(221)의 조합 두께는 노드간 커패시턴스(Cgs 및 Cgd)가 감소될 수 있도록 에어 갭(17)을 유지한다. 일 특정 실시예에 있어서, 이러한 패시베이션 층은 25 내지 400 Å 범위의 질화규소의 얇은 층(221) 및 50 내지 2000 Å 범위의 두께를 갖는 비정질 알루미나의 낮은 침투성 층(222)을 포함한다. 제1 유전체층(222)은 또한 전술한 바와 같은 제1 보호 유전체층(22)과 동일한 물질 중 임의의 것으로 형성될 수 있다.FIG. 8 is an enlarged view of
질화규소는 디바이스 안정성에 있어서 마이크로파 디바이스들에 대하여 비교적 양호하고 잘 특성화된 유전체인 것으로 판명되었다. 알루미나 또한 수분 침투성과 항복 전압에 있어서 비교적 양호한 유전체인 것으로 나타났다. 본 개시물에 서 기술한 적절한 두께와 물리적 특성을 갖는 이 두 개의 물질의 조합은 공지의 패시베이션 시스템에 대하여 향상된 패시베이션 시스템을 가져올 수 있다. 일 실시예에 있어서, 나노라미네이트로 질화규소의 얇은 층이 사용될 수 있다. 나노라미네이트는 알루미나와 이산화규소, 알루미나와 파릴렌 F, 방향족 플루오르화된 VT-4, 파릴렌 HT®, 또는 기타의 플루오르화된 파릴렌계 막, 또는 알루미나와 아크릴의 교대층을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 나노라미네이트는 알루미나와 기상 증착된 테플론(Teflon)(PFTE) 및 아크릴 모노머(acrylic monomers)의 교대층을 포함할 수 있다.Silicon nitride has proved to be a relatively good and well-characterized dielectric for microwave devices in device stability. Alumina was also found to be a relatively good dielectric for moisture permeability and breakdown voltage. The combination of these two materials having suitable thickness and physical properties as described in this disclosure can lead to an improved passivation system for known passivation systems. In one embodiment, a thin layer of silicon nitride may be used as the nano-laminate. The nano-laminate may comprise alternating layers of alumina and silicon dioxide, alumina and parylene F, aromatic fluorinated VT-4, parylene HT®, or other fluorinated parylene-based membranes, or alumina and acrylic. In yet another embodiment, the nano-laminate may comprise alternating layers of alumina, vapor-deposited Teflon (PFTE) and acrylic monomers.
질화규소, 이산화규소, 및 알루미나는 특히 비교적 낮은 온도의 조건에서 원자층 증착으로 퇴적되는 경우 낮은 유전 상수를 갖는다. 낮은 유전 상수는 노드간 커패시턴스 및 코팅된 디바이스와 코팅되지 않은 디바이스 간의 성능 변화를 더욱 최소화하며, 고주파 성능에 있어서 개선을 가져온다.Silicon nitride, silicon dioxide, and alumina have low dielectric constants when deposited with atomic layer deposition, especially at relatively low temperature conditions. The low dielectric constant further minimizes the inter-node capacitance and performance variations between the coated and uncoated devices, and leads to improvements in high frequency performance.
본 개시물의 교시에 따른 도 1 내지 도 8에 도시된 것들에 대하여 기타의 물질들이 대체될 수 있다. 이러한 응용예들에 적합할 수 있는 기타의 보호 유전체 물질로서는, 이에 한하지 않지만, 표준 밀도의 질화규소, 고밀도의 질화규소, 산화탄탈, 및 산화베릴륨, 산화하프늄을 포함할 수 있다.Other materials may be substituted for those shown in Figures 1 to 8 in accordance with the teachings of this disclosure. Other protective dielectric materials that may be suitable for such applications include, but are not limited to, standard density silicon nitride, high density silicon nitride, tantalum oxide, and beryllium oxide, hafnium oxide.
수개의 실시예에 있어서 본 개시물을 설명하였지만, 무수한 변경예, 변화예, 변형예, 변환예, 및 개조예가 이 기술분야의 통상의 기술자에게 제안될 수 있으며, 본 개시물은 이러한 변경예, 변화예, 변형예, 변환예, 및 개조예를, 첨부된 청구항들의 개념과 범주 내에 포함되는 것으로 포괄하고자 하는 것이다.While this disclosure has been described in terms of several embodiments, numerous alternatives, modifications, variations, adaptations, and modifications may be suggested to one of ordinary skill in the art, Modifications, variations, adaptations, and adaptations are intended to be encompassed within the concept and scope of the appended claims.
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